40 使用快速模拟器（QEMU）

Yocto Project 将开源项目 Quick EMUlator（QEMU）的一种实现纳入开发工具集。 本章介绍 QEMU 的使用步骤，以及有助于开发的其他信息。

40 概述

在 Yocto Project 中，QEMU 是模拟器和虚拟机，可让使用 Yocto Project 构建的 完整镜像像普通任务一样运行在构建系统上。它可以在没有实际硬件的情况下， 运行和测试受支持架构的镜像及应用程序。Yocto Project 还使用 QEMU 对每次 发行的最终镜像执行自动化质量保证（QA）测试等工作。

备注

此实现与通用 QEMU 并不完全相同。

本节为 Yocto Project 中的 QEMU 实现提供简要参考。

通用 QEMU 的官方信息和文档见：

40 运行 QEMU

使用 QEMU 前，需要安装并初始化 QEMU，准备好对应产物，即镜像文件和根文件 系统。基本步骤如下：

  1. 安装 QEMU： Yocto Project 提供多种获取 QEMU 的方式，其中之一是安装 软件开发工具包（SDK）。安装方法见 Yocto Project 应用程序开发与可扩展 软件开发工具包（eSDK）手册的 “QEMU 模拟器” 一节。

  2. 设置环境： QEMU 环境设置方式取决于安装方法：

    • 如果按 准备使用 Yocto Project 操作，可使用 bitbake-setup，或 手动加载环境设置脚本：

      $ cd bitbake-builds
$ source layers/openembedded-core/oe-init-build-env

    • 如果安装了交叉工具链，可运行工具链初始化脚本。例如，以下命令运行 默认 poky_sdk 目录中的脚本:

      . poky_sdk/environment-setup-core2-64-poky-linux

  3. 确保产物就绪： 需要能够在 QEMU 中启动的预构建内核，以及适合目标 机器架构的根文件系统：

    • 如果已为 QEMU 构建过镜像，例如 qemux86、qemuarm，产物已经 位于 Build Directory。

    • 如果尚未构建镜像，可以到 machines/qemu 下载与架构匹配且可在 QEMU 中运行的预构建镜像。

    提取根文件系统的方法，见 Yocto Project 应用程序开发与可扩展软件开发 工具包（eSDK）手册的 “解压根文件系统” 一节。

  4. 运行 QEMU： runqemu 的基本语法如下:

    $ runqemu [option ] [...]

    runqemu 会根据命令行参数推断所需操作。例如，需要查找镜像时，默认 按时间戳选择最近构建的镜像。至少需要通过选项提供机器名称、虚拟机镜像 （*wic.vmdk）或内核镜像（*.bin）之一。

    以下示例进一步说明用法：

    • 本例以 MACHINE="qemux86-64" 启动 QEMU。在标准 Build Directory 下，runqemu 自动找到 bzImage-qemux86-64.bin 和 core-image-minimal-qemux86-64-20200218002850.rootfs.ext4，假定当前 构建生成的是 core-image-minimal 镜像:

      $ runqemu qemux86-64

      备注

      如果有多个同名镜像，QEMU 按时间戳选择最近构建的镜像。

    • 以下命令与上例结果相同，但显式指定镜像及根文件系统类型:

      $ runqemu qemux86-64 core-image-minimal ext4

    • 本例使用临时根文件系统（"snapshot"），不启用图形界面（"nographic"）， 因而直接在当前 Shell 中启动 QEMU：

      $ runqemu qemux86-64 snapshot nographic

      "snapshot" 模式下，退出 QEMU 后不会保留根文件系统的修改。

    • 本例启动 Initramfs 镜像，并启用 QEMU 音频。此时 runqemu 将内部变量 FSTYPE 设为 cpio.gz。启用音频还需安装适当驱动， 详见 runqemu 命令行选项 的 audio 选项:

      $ runqemu qemux86-64 ramfs audio

    • 本例信息不足，无法启动 QEMU。虽然提供了根文件系统类型，但还必须至少 提供 MACHINE、KERNEL 或 VM 选项之一:

      $ runqemu ext4

    • 本例启动虚拟机镜像（.wic.vmdk 文件）。runqemu 从文件名判断 QEMU 架构（MACHINE）为 "qemux86-64"，根文件系统类型为 "vmdk":

      $ runqemu /home/scott-lenovo/vm/core-image-minimal-qemux86-64.wic.vmdk

40 切换控制台

QEMU 启动或运行期间，可按 Ctrl+Alt+数字切换受支持的控制台。例如，如果 串口控制台已启用，Ctrl+Alt+3 可切换过去。主 QEMU 控制台因故障无法使用时， 这种切换能力很有帮助。

备注

通常，"2" 对应主控制台，"3" 对应串口控制台。

40 移除启动画面

QEMU 启动时可按 Alt+左方向键移除启动画面，查看后台正在发生的事情。

40 禁用鼠标捕获

默认 QEMU 集成会将鼠标指针限制在主窗口内，因为标准鼠标设备只提供相对输入， 不提供绝对坐标。此时需要按 "Ctrl+Alt" 释放指针。Yocto Project 的 QEMU 集成默认启用 wacom USB 触控板驱动，支持绝对坐标输入，因此鼠标可以自由 进出主窗口，不会被捕获，使用体验更好。

40 通过网络文件系统（NFS）服务器运行

可以通过 NFS 服务器运行 QEMU。当构建系统和模拟系统需要同时访问同一文件 系统时，这种方式很有用。它使用用户空间 NFS 服务器，因此不需要 root 权限。设置步骤如下。

  1. 提取根文件系统： 环境能够运行 QEMU 后，可以使用与 runqemu 同在 scripts 目录中的 runqemu-extract-sdk 脚本。

    此脚本将根文件系统归档包提取到指定位置。以下示例提取到 test-nfs 目录：

    runqemu-extract-sdk ./tmp/deploy/images/qemux86-64/core-image-sato-qemux86-64.tar.bz2 test-nfs

  2. 启动 QEMU： 提取完成后，正常运行 runqemu，额外指定文件系统位置。 此后修改 ./test-nfs 中的文件，会实时反映到镜像中。以下示例使用 qemux86 镜像：

    runqemu qemux86-64 ./test-nfs

备注

如需启动、停止或重启 NFS 共享，可以使用以下命令：

  • 启动 NFS 共享:

    runqemu-export-rootfs start file-system-location

  • 停止 NFS 共享:

    runqemu-export-rootfs stop file-system-location

  • 重启 NFS 共享:

    runqemu-export-rootfs restart file-system-location

40 KVM 下的 QEMU CPU 兼容性

默认情况下，QEMU 构建面向 64 位 x86 Intel Core2 Duo 和 32 位 x86 Intel Pentium II 处理器。选择这些 CPU 类型，是因为其特性与许多常用 CPU 有广泛 兼容性。

即使兼容范围很广，这些 CPU 仍可能支持主机 CPU 不具备的特性。QEMU 软件 模拟时通常没有问题，但启用 KVM 后可能出错：针对某项 CPU 特性编译的软件， 在不支持该特性的 KVM CPU 上运行会崩溃。可以修改 Build Directory 的 deploy/image 目录中 qemuboot.conf 的 QB_CPU_KVM，覆盖 QEMU 运行时 CPU 设置。该值决定 runqemu 传给 QEMU 的 -cpu 选项。运行 qemu -cpu help 可查看支持的 CPU 类型。

40 QEMU 性能

模拟速度取决于目标与主机架构的组合。例如，在 Intel 32 位 x86 主机上运行 qemux86 镜像较快，因为架构一致；同一主机运行 qemuarm 则可能较慢， 但仍能准确模拟 ARM 特有的问题。

为加快速度，QEMU 镜像支持通过 distcc 调用模拟系统之外的交叉编译器。 如果由 runqemu 启动，且主机有 distccd，在 QEMU 中调用 distcc 即可自动使用构建系统提供的 BitBake 交叉编译工具链。可通过设置编译器变量 实现，例如 export CC="distcc"。如果使用合适的 SDK 镜像或存在适当的 独立工具链，也会自动使用该工具链。

备注

有几种方式连接 QEMU 中运行的系统：

  • QEMU 提供帧缓冲接口，可使用标准控制台。

  • 无显示器的嵌入式设备通常有串口，可以配置镜像的操作系统，通过串口 运行控制台。连接使用标准 IP 网络。

  • 部分 QEMU 镜像包含 SSH 服务器。core-image-sato 提供禁用 root 密码的 Dropbear SSH 服务器，core-image-full-cmdline 使用 OpenSSH。 这些服务器支持标准 ssh 和 scp 命令。core-image-minimal 则不包含 SSH 服务器。

  • 可以使用所提供的用户空间 NFS 服务器，通过主机上的本地根文件系统 副本启动 QEMU。先用 runqemu-extract-sdk 提取根文件系统归档包， 再让 runqemu 指向提取目录，而非根文件系统镜像文件。详见 “通过网络文件系统（NFS）服务器运行” 一节。

40 QEMU 命令行语法

runqemu 的基本语法如下:

$ runqemu [option ] [...]

runqemu 根据命令行参数推断所需操作。例如，需要查找镜像时，默认按 时间戳选择最近构建的镜像。至少需要提供机器名称、虚拟机镜像（*wic.vmdk） 或内核镜像（*.bin）之一。

以下为 runqemu 的命令行帮助输出:

$ runqemu --help

Usage: you can run this script with any valid combination
of the following environment variables (in any order):
  KERNEL - the kernel image file to use
  ROOTFS - the rootfs image file or nfsroot directory to use
  MACHINE - the machine name (optional, autodetected from KERNEL filename if unspecified)
  Simplified QEMU command-line options can be passed with:
    nographic - disable video console
    serial - enable a serial console on /dev/ttyS0
    slirp - enable user networking, no root privileges required
    kvm - enable KVM when running x86/x86_64 (VT-capable CPU required)
    kvm-vhost - enable KVM with vhost when running x86/x86_64 (VT-capable CPU required)
    publicvnc - enable a VNC server open to all hosts
    audio - enable audio
    [*/]ovmf* - OVMF firmware file or base name for booting with UEFI
  tcpserial=<port> - specify tcp serial port number
  biosdir=<dir> - specify custom bios dir
  biosfilename=<filename> - specify bios filename
  qemuparams=<xyz> - specify custom parameters to QEMU
  bootparams=<xyz> - specify custom kernel parameters during boot
  help, -h, --help: print this text

Examples:
  runqemu
  runqemu qemuarm
  runqemu tmp/deploy/images/qemuarm
  runqemu tmp/deploy/images/qemux86/<qemuboot.conf>
  runqemu qemux86-64 core-image-sato ext4
  runqemu qemux86-64 wic-image-minimal wic
  runqemu path/to/bzImage-qemux86.bin path/to/nfsrootdir/ serial
  runqemu qemux86 iso/hddimg/wic.vmdk/wic.qcow2/wic.vdi/ramfs/cpio.gz...
  runqemu qemux86 qemuparams="-m 256"
  runqemu qemux86 bootparams="psplash=false"
  runqemu path/to/<image>-<machine>.wic
  runqemu path/to/<image>-<machine>.wic.vmdk

40 runqemu 命令行选项

命令行可用的 runqemu 选项如下：

备注

如果提供的选项组合无效或信息不足，runqemu 会给出相应错误消息， 帮助修正问题。

  • QEMUARCH：QEMU 机器架构，必须是 "qemuarm"、"qemuarm64"、"qemumips"、 "qemumips64"、"qemuppc"、"qemux86" 或 "qemux86-64"。

  • VM：虚拟机镜像，必须为 .wic.vmdk 文件。启动该格式镜像时使用。

  • ROOTFS：根文件系统，扩展名为 "ext2"、"ext3"、"ext4"、"jffs2"、 "nfs" 或 "btrfs"。使用 "nfs" 时必须明确指定根文件系统路径。

  • KERNEL：内核镜像，即 .bin 文件。提供 .bin 时，runqemu 将其识别为内核镜像。

  • MACHINE：QEMU 机器架构，必须为 "qemux86"、"qemux86-64"、"qemuarm"、 "qemuarm64"、"qemumips"、"qemumips64" 或 "qemuppc"。MACHINE 与 QEMUARCH 基本相同。未提供 MACHINE 时，runqemu 尝试根据其他选项判断。

  • ramfs：启动 Initramfs 镜像，即 FSTYPE 为 cpio.gz。

  • iso：启动 ISO 镜像，即 FSTYPE 为 .iso。

  • nographic：禁用视频控制台，将控制台设为 "ttys0"。登录服务器且不希望 禁用 X Window System（X11）向工作站或笔记本转发时，此选项很有用。

  • serial：在 /dev/ttyS0 启用串口控制台。

  • biosdir：指定 BIOS、VGA BIOS 和键盘映射的自定义目录。

  • biosfilename：指定自定义 BIOS 名称。

  • qemuparams=\"xyz\"：指定自定义 QEMU 参数，可传入简单的 "kvm" 和 "serial" 以外的选项。

  • bootparams=\"xyz\"：指定自定义内核启动参数。

  • audio：启用 QEMU 音频。MACHINE 必须为 "qemux86" 或 "qemux86-64"， 且 Linux 来宾中安装 snd_intel8x0 或 snd_ens1370 驱动。

  • slirp：启用 "slirp" 网络。这种网络方式不需要 root 权限，但易用性 和完整性不如默认方式。

    slirp 默认将来宾 TCP 22 和 23 端口转发到主机 2222 和 2323 端口， 或下一个空闲端口。可通过环境变量 QB_SLIRP_OPT，或 Build Directory 的 deploy/image 中 qemuboot.conf 设置 特定转发规则。例如:

    QB_SLIRP_OPT = "-netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::8080-:80"

QB_SLIRP_OPT = "-netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::8080-:80,hostfwd=tcp::2222-:22"

    第一个示例将模拟系统 TCP 80 端口转发到主机 8080 或下一个空闲端口， 可通过 http://<host ip>:8080/ 访问 QEMU 内的 HTTP 服务器。

    第二个示例还将来宾 TCP 22 端口转发到主机 2222 或下一个空闲端口， 可通过 ssh -P 2222 <user>@<host ip> SSH 登录模拟系统。

    请确保正确配置防火墙软件。

  • kvm：为 "qemux86" 或 "qemux86-64" 启用 KVM，必须满足：

    • MACHINE 为 "qemux86" 或 "qemux86-64"。

    • 构建主机已安装 KVM 模块，提供 /dev/kvm。

    • 构建主机上的 /dev/kvm 可读写。

  • kvm-vhost：为 "qemux86" 或 "qemux86-64" 启用带 VHOST 支持的 KVM， 必须满足：

    • 满足上述 kvm 选项条件。

    • 构建主机具有 virtio 网络设备 /dev/vhost-net。

    • 构建主机上的 /dev/vhost-net 可读或可写，并启用了 slirp。

  • publicvnc：启用向所有主机开放的 VNC 服务器。